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信号频率、信号到达角以及其他参量是空间传播电磁波的重要特征,是认识空间电磁波中所携带信号的重要参量,因此,利用阵列天线对包括频率、波达角等参数的联合估计成为电子战中更好地了解周围情况和保护自己的先决条件,在诸如引导干扰、有源隐身、电磁伪装等电子对抗领域内得到了广泛的应用。随着科技的不断发展,多参量估计正在通信、导航和地质勘探等应用领域越来越多地得到重视,成为一个极为引人注目的研究课题。当前,信号环境日益复杂,信号形式多样,信号密度日渐增大,信号频率范围不断拓宽,使得信号在空域和频域上分布范围和密度大大增加。这就要求同时对频域、空域内多个辐射源的频率、到达角等信号参量具有高精度、高分辨力的估计能力。传统的方法由一个测频系统和一个阵列测向系统组成,而在本文中,围绕以上问题,利用一个阵列系统同时完成信号频率和到达角的侦察,同时提出了基于均匀线阵的信号频率与到达角的估计的新方法,主要工作包括:
1)基于均匀线阵,介绍了阵列信号处理的基本原理,论述了多信号频率、到达角的估计的基本假设,建立了一般信号模型。
2)在基本原理的基础上,应用二阶矩,即信号相关函数来进行信号参数估计的方法,主要介绍了经典的MUSIC、ESPRIT算法,并提出了应用ESPRIT方法进行信号频率和波达角的同时估计,同时进行了仿真实验比较。MUSIC算法与ESPRIT算法在参数估计上都有较高的精确度,但MUSIC算法只能实现在同一频率下不同信号到达角的估计,同时需要在频域进行全域搜索,故需要较大的计算量、存储量,而ESPRIT算法不仅可以进行信号频率、到达角的联合估计,且在运算量上也大大优于MUSIC算法,故在实际中,ESPRIT有较多的应用。
3)MUSIC、ESPRIT算法都是在高斯白噪声环境下研究,这些方法在高斯色噪声环境下的参数估计性能将大大下降,甚至失败。而在实际信号环境中,不可避免的常常遇到高斯色噪声环境。高阶累积量在信号处理领域的应用为这一问题提供了新的处理工具。本文在介绍了累积量的基本定义和性质后,采用四阶累积量ESPRIT算法(ESPRIT-4)进行了信号参数的估计。ESPRIT-4算法的优点是不仅可以应用在任意高斯噪声环境下,而且还可以实现阵列的扩展。然而,利用高阶累积量进行参数估计需要较大的计算量,估计精度也较基于二阶统计量的ESPRIT算法稍差。